JPS6124343B2 - - Google Patents
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- JPS6124343B2 JPS6124343B2 JP13179581A JP13179581A JPS6124343B2 JP S6124343 B2 JPS6124343 B2 JP S6124343B2 JP 13179581 A JP13179581 A JP 13179581A JP 13179581 A JP13179581 A JP 13179581A JP S6124343 B2 JPS6124343 B2 JP S6124343B2
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Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
Description
本発明は、被覆用ガラスおよびこのガラスによ
り半導体素子の表面を被覆した半導体装置に関す
るものである。 一般に、シリコンダイオード、シリコン整流
器、トランジスター等の半導体装置においては、
半導体素子の表面安定化のために、あるいは半導
体素子の外気による汚染を防止し、その特性の劣
化を防ぐために、半導体素子のPN接合部を含む
表面をガラスで被覆することが行なわれている。 上記の如き半導体素子の被覆のためには、半導
体素子の表面に低融点のガラス粉末を塗布し、ガ
ラスの軟化点以上の温度に加熱し、ガラスを半導
体素子の表面に封着させる。 この被覆用ガラスに要求される特性としては、
(1)ガラスの熱膨張係数がシリコン素子あるいは電
極材料のそれに適合すること、(2)半導体素子表面
に悪影響を与えるアルカリ成分等の不純物を含ま
ないこと、(3)高温ではシリコン等の半導体素子の
特性が劣化する恐れがあるため、封着温度が750
℃以下であること、(4)半導体素子に対する密着性
が良いこと、(5)被覆後ガラス中の電荷量が半導体
装置の設計に合つた適量の負電荷を有すること
（これによつて半導体素子に誘起される電荷は、
適正な量の正電荷になる）等があげられる。 上記の被覆用ガラスとして要求される特性中、
特に(5)項のガラス中の電荷は、半導体装置の電気
的特性に大きな影響を与えるものである。高い逆
耐電圧を有し且つ逆方向洩れ電流の極めて小さい
いわゆるハードブレークダウン（hard
breakdown）の波形を示し、しかも耐圧分布にの
ばらつきの小さい特性を有する高信頼性半導体装
置を得るためには、この被覆用ガラス中の電荷の
状態が重要である。 従来、この種の被覆用ガラスとして、zno−
B2O3−SiO2系ガラスが用いられていた。しか
し、この従来のガラスで被覆した半導体装置は、
逆耐電圧が低く、逆方向洩れ電流の大きい、いわ
ゆるソフトブレークダウン（soft breakdown）
の波形を示し且つ耐圧分布のばらつきが大きく信
頼性に欠けるものであつた。これは、従来のガラ
スが被覆後ガラス中の電荷重が半導体装置の設計
に合致した適正な量の負電荷を有していないから
である。 本発明の目的は、先記の被覆用ガラスとして要
求される諸特性中、特に(5)項の被覆後ガラス中の
電荷量が半導体装置の設計にあつた適正な量の負
電荷を有するよな被覆用ガラスを提供することで
ある。 本発明の他の目的は、電気特性的に逆耐電圧が
高く、逆方向洩れ電流が極めて小さく、且つ耐圧
分布のばらつきが小さい高信頼性半導体装置を提
供することである。 本発明者は、ZnO−B2O3−SiO2系のガラスに
RhOを所定量含有させることにより、前記目的
に合致する被覆用ガラス及び半導体装置が得られ
ることを見い出した。 本発明の被覆用ガラスは、重量％でZno 45〜
75％、B2O3 15〜35％、SiO2 ２〜20％、PbO ０
〜5.5％、Bi2O3 ０〜２％、Sb2O3 ０〜１％、
CeO2 ０〜３％、Al2O3 ０〜3.5％からなるガラ
スに、RhOを0.0001〜0.01重量％（１〜
100PPM）添加してなる組成を有する。 また、上記組成のガラスによつて被覆された半
導体装置では、逆耐圧が高く、逆方向洩れ電流が
極めて小さく、しかも耐圧分布のばらつきが小さ
いものが得られる。 本発明は、ZnO−B2O3−SiO2系のガラスに対
し、所定量のRhOを含有させると、RhOの影響
によつてガラス中の電荷量が負の方向に増加し、
従つて半導体素子の表面に誘起される電荷が正の
方向に増加し、半導体装置の設計に合つた適正な
量の正電荷になるという現象を効果的に利用した
ものである。これにより、逆耐圧が高く、逆方向
洩れ電流の極めて小さい半導体装置が得られるも
のである。 本発明に係る被覆用ガラスにおいて、基本組成
の成分の割合は、重量％で、Zno 45〜75％、
B2O3 15〜35％、SiO2 ２〜20％、PbO ０〜5.5
％、Bi2O3 ０〜２％、Sb2O3 ０〜１％、CeO2
０〜３％、Al2O3 ０〜3.5％からなり、このよう
に基本組成の各成分の範囲を限定した理由は以下
のとおりである。 ZnOが45％以下のときは熱膨張係数が大きくな
り過ぎると共にガラス化が困難になる。一方75％
以上になると結晶化が急速に進行するためガラス
の流動性が悪くなつて、半導体素子に対するぬれ
が悪くなり、良好な封着が得られなくなる。 B2O3が15％以下になるとガラスが失透し易く
なり気密性の良い封着を行ない難い。35％以上に
なると均質なガラスが得られなくなると共に熱膨
張係数が大きくなりぎる。 SiO2が２％以下になるとガラスが失透し易く
なり、15％以上になると均質なガラスが得にくく
なる。 PbOが5.5％以上になると熱膨張係数が大きく
なり過ぎる。 Bi2O3が２％以上、Sb2O3が１％以上になると
逆方向洩れ電流が増加し、耐圧分布のばらつきが
大きくなり高信頼性半導体装置が得られ難くな
る。 CeO2が３％以上になるとガラスが失透しやす
くなる。 Al2O3が3.5％以上になるとガラスの粘度が高く
なり流動性が悪くなる。 上述した本発明の被覆用ガラスにおいて、基本
組成をなすZnO−B2O3−SiO2系ガラス実施例を
下の表に示す。表の下段には30〜300℃での熱膨
張係数及び被覆封着温度を示す。
り半導体素子の表面を被覆した半導体装置に関す
るものである。 一般に、シリコンダイオード、シリコン整流
器、トランジスター等の半導体装置においては、
半導体素子の表面安定化のために、あるいは半導
体素子の外気による汚染を防止し、その特性の劣
化を防ぐために、半導体素子のPN接合部を含む
表面をガラスで被覆することが行なわれている。 上記の如き半導体素子の被覆のためには、半導
体素子の表面に低融点のガラス粉末を塗布し、ガ
ラスの軟化点以上の温度に加熱し、ガラスを半導
体素子の表面に封着させる。 この被覆用ガラスに要求される特性としては、
(1)ガラスの熱膨張係数がシリコン素子あるいは電
極材料のそれに適合すること、(2)半導体素子表面
に悪影響を与えるアルカリ成分等の不純物を含ま
ないこと、(3)高温ではシリコン等の半導体素子の
特性が劣化する恐れがあるため、封着温度が750
℃以下であること、(4)半導体素子に対する密着性
が良いこと、(5)被覆後ガラス中の電荷量が半導体
装置の設計に合つた適量の負電荷を有すること
（これによつて半導体素子に誘起される電荷は、
適正な量の正電荷になる）等があげられる。 上記の被覆用ガラスとして要求される特性中、
特に(5)項のガラス中の電荷は、半導体装置の電気
的特性に大きな影響を与えるものである。高い逆
耐電圧を有し且つ逆方向洩れ電流の極めて小さい
いわゆるハードブレークダウン（hard
breakdown）の波形を示し、しかも耐圧分布にの
ばらつきの小さい特性を有する高信頼性半導体装
置を得るためには、この被覆用ガラス中の電荷の
状態が重要である。 従来、この種の被覆用ガラスとして、zno−
B2O3−SiO2系ガラスが用いられていた。しか
し、この従来のガラスで被覆した半導体装置は、
逆耐電圧が低く、逆方向洩れ電流の大きい、いわ
ゆるソフトブレークダウン（soft breakdown）
の波形を示し且つ耐圧分布のばらつきが大きく信
頼性に欠けるものであつた。これは、従来のガラ
スが被覆後ガラス中の電荷重が半導体装置の設計
に合致した適正な量の負電荷を有していないから
である。 本発明の目的は、先記の被覆用ガラスとして要
求される諸特性中、特に(5)項の被覆後ガラス中の
電荷量が半導体装置の設計にあつた適正な量の負
電荷を有するよな被覆用ガラスを提供することで
ある。 本発明の他の目的は、電気特性的に逆耐電圧が
高く、逆方向洩れ電流が極めて小さく、且つ耐圧
分布のばらつきが小さい高信頼性半導体装置を提
供することである。 本発明者は、ZnO−B2O3−SiO2系のガラスに
RhOを所定量含有させることにより、前記目的
に合致する被覆用ガラス及び半導体装置が得られ
ることを見い出した。 本発明の被覆用ガラスは、重量％でZno 45〜
75％、B2O3 15〜35％、SiO2 ２〜20％、PbO ０
〜5.5％、Bi2O3 ０〜２％、Sb2O3 ０〜１％、
CeO2 ０〜３％、Al2O3 ０〜3.5％からなるガラ
スに、RhOを0.0001〜0.01重量％（１〜
100PPM）添加してなる組成を有する。 また、上記組成のガラスによつて被覆された半
導体装置では、逆耐圧が高く、逆方向洩れ電流が
極めて小さく、しかも耐圧分布のばらつきが小さ
いものが得られる。 本発明は、ZnO−B2O3−SiO2系のガラスに対
し、所定量のRhOを含有させると、RhOの影響
によつてガラス中の電荷量が負の方向に増加し、
従つて半導体素子の表面に誘起される電荷が正の
方向に増加し、半導体装置の設計に合つた適正な
量の正電荷になるという現象を効果的に利用した
ものである。これにより、逆耐圧が高く、逆方向
洩れ電流の極めて小さい半導体装置が得られるも
のである。 本発明に係る被覆用ガラスにおいて、基本組成
の成分の割合は、重量％で、Zno 45〜75％、
B2O3 15〜35％、SiO2 ２〜20％、PbO ０〜5.5
％、Bi2O3 ０〜２％、Sb2O3 ０〜１％、CeO2
０〜３％、Al2O3 ０〜3.5％からなり、このよう
に基本組成の各成分の範囲を限定した理由は以下
のとおりである。 ZnOが45％以下のときは熱膨張係数が大きくな
り過ぎると共にガラス化が困難になる。一方75％
以上になると結晶化が急速に進行するためガラス
の流動性が悪くなつて、半導体素子に対するぬれ
が悪くなり、良好な封着が得られなくなる。 B2O3が15％以下になるとガラスが失透し易く
なり気密性の良い封着を行ない難い。35％以上に
なると均質なガラスが得られなくなると共に熱膨
張係数が大きくなりぎる。 SiO2が２％以下になるとガラスが失透し易く
なり、15％以上になると均質なガラスが得にくく
なる。 PbOが5.5％以上になると熱膨張係数が大きく
なり過ぎる。 Bi2O3が２％以上、Sb2O3が１％以上になると
逆方向洩れ電流が増加し、耐圧分布のばらつきが
大きくなり高信頼性半導体装置が得られ難くな
る。 CeO2が３％以上になるとガラスが失透しやす
くなる。 Al2O3が3.5％以上になるとガラスの粘度が高く
なり流動性が悪くなる。 上述した本発明の被覆用ガラスにおいて、基本
組成をなすZnO−B2O3−SiO2系ガラス実施例を
下の表に示す。表の下段には30〜300℃での熱膨
張係数及び被覆封着温度を示す。
【表】
本発明の被覆用ガラスは、上記のようなZnO−
B2O3−SiO2系ガラスに、そのガラス組成の一部
をなす必須成分としてRhOを0.0001〜0.01重量％
すなわち１〜100PPM含有させたものである。な
お、微量のRhOは、次に説明するようにガラス
の電気的特性の面に大きな影響を与えるが、ガラ
スの熱膨張係数及び封着温度の特性には変化を与
えるものでなく、従つて、上表に例示したガラス
にRhOが微量含有されてもその特性値には変化
はない。 第１図は、金属（アルミニウム電極）−ガラス
−半導体（シリコン）構造のMOS（Metal−
oxide−silicon）と呼称されている構造体を作成
して、その電圧容量特性から半導体表面の電荷密
度（NFB）を測定し、RhOが表面電荷密度に与
える影響を示した図である。これは、先の表に掲
げたNo.1ガラスにRhOを添加したもの、すなわ
ち本発明の被覆用ガラスについて測定したもので
ある。図から、RhOの添加により半導体表面に
誘起される電荷量がRhOの添加量の増加に従つ
て正の方向に増すことがわかる。 第２図は、先の表に掲げたNo.1ガラスおよび
そのガラスにRhOを添加した本発明の被覆用ガ
ラスを、設計耐圧1500Vのシリコン半導体素子に
被覆した半導体装置の逆耐電圧（逆方向洩れ電流
が１μＡになつたときの逆耐電圧）分布を示して
いる。図に示すようにRhOを含まないガラス
No.1を被覆した場合は、逆耐圧分布はばらつき
が大きくソフトブレークダウン（△印で示す）を
示すものが多い。一方、RhOを添加した本発明
のガラスで被覆した場合は、逆耐圧分布のばらつ
きは少なく、逆耐電圧は高いところに集まつてお
り、且つ好ましいハードブレークダウン（〇印で
示す）を示すものが多い。 このようにRhOは、半導体の表面電荷を正の
方向へ増量し、また逆耐電圧を高くし、逆方向洩
れ電流を小にすると共に、逆耐電圧分布のばらつ
きを少なくし、好ましいハードブレークダウンを
示すものにするというように、半導体装置の電気
的特性を向上させる顕著な効果がある。このよう
な作用効果の発揮のために、RhOは0.0001重量％
以上含有されるが、0.01重量％を越えると、RhO
がガラス中に完全にとけこまずRh金属として析
出して悪影響を与える。このRhOのより好まし
い範囲は、0.0005〜0.005重量％である。 以上説明した本発明に係る被覆用ガラスを製造
するに当つては、常法に従つてZnO、B2O3、
SiO2、RhO等の各成分の原料を目標組成になる
ように調合してバツチを調製し、1200〜1300℃の
温度で約１時間溶融してガラス化する。この溶融
したガラスを水中に入れ急冷して水砕した後、ボ
ールミル等の粉砕機により紛砕し、350メツシユ
の篩を通過する粒度とした。ガラス中のアルカリ
の存在は半導体の特性を著しく損なうので、原料
中の不純物として、また溶融、粉砕等の工程中で
アルカリが混入しないように十分注意しなければ
ならない。 半導体素子への被覆、封着に当つては、前記の
ガラス粉末を純水と混合し、スラリー状として通
常の塗布法により、あるいは有機溶媒に分散させ
て電気泳動法により半導体素子表面に塗布する。
次いで、被覆した半導体素子を乾燥後電気焼成炉
において630〜730℃で５〜10分間加熱して封着す
る。 以上、説明した本発明の被覆用ガラスは、特に
設計耐圧が1500〜2000Vの高耐圧のシリコン半導
体素子の被覆に適しており、この高耐圧の半導体
素子に被覆した際には逆耐圧が高く、逆洩れ電流
が極めて小さく、ハードブレークダウンの破形を
示す優れた特性を具備する高信頼性半導体装置を
得ることができる。
B2O3−SiO2系ガラスに、そのガラス組成の一部
をなす必須成分としてRhOを0.0001〜0.01重量％
すなわち１〜100PPM含有させたものである。な
お、微量のRhOは、次に説明するようにガラス
の電気的特性の面に大きな影響を与えるが、ガラ
スの熱膨張係数及び封着温度の特性には変化を与
えるものでなく、従つて、上表に例示したガラス
にRhOが微量含有されてもその特性値には変化
はない。 第１図は、金属（アルミニウム電極）−ガラス
−半導体（シリコン）構造のMOS（Metal−
oxide−silicon）と呼称されている構造体を作成
して、その電圧容量特性から半導体表面の電荷密
度（NFB）を測定し、RhOが表面電荷密度に与
える影響を示した図である。これは、先の表に掲
げたNo.1ガラスにRhOを添加したもの、すなわ
ち本発明の被覆用ガラスについて測定したもので
ある。図から、RhOの添加により半導体表面に
誘起される電荷量がRhOの添加量の増加に従つ
て正の方向に増すことがわかる。 第２図は、先の表に掲げたNo.1ガラスおよび
そのガラスにRhOを添加した本発明の被覆用ガ
ラスを、設計耐圧1500Vのシリコン半導体素子に
被覆した半導体装置の逆耐電圧（逆方向洩れ電流
が１μＡになつたときの逆耐電圧）分布を示して
いる。図に示すようにRhOを含まないガラス
No.1を被覆した場合は、逆耐圧分布はばらつき
が大きくソフトブレークダウン（△印で示す）を
示すものが多い。一方、RhOを添加した本発明
のガラスで被覆した場合は、逆耐圧分布のばらつ
きは少なく、逆耐電圧は高いところに集まつてお
り、且つ好ましいハードブレークダウン（〇印で
示す）を示すものが多い。 このようにRhOは、半導体の表面電荷を正の
方向へ増量し、また逆耐電圧を高くし、逆方向洩
れ電流を小にすると共に、逆耐電圧分布のばらつ
きを少なくし、好ましいハードブレークダウンを
示すものにするというように、半導体装置の電気
的特性を向上させる顕著な効果がある。このよう
な作用効果の発揮のために、RhOは0.0001重量％
以上含有されるが、0.01重量％を越えると、RhO
がガラス中に完全にとけこまずRh金属として析
出して悪影響を与える。このRhOのより好まし
い範囲は、0.0005〜0.005重量％である。 以上説明した本発明に係る被覆用ガラスを製造
するに当つては、常法に従つてZnO、B2O3、
SiO2、RhO等の各成分の原料を目標組成になる
ように調合してバツチを調製し、1200〜1300℃の
温度で約１時間溶融してガラス化する。この溶融
したガラスを水中に入れ急冷して水砕した後、ボ
ールミル等の粉砕機により紛砕し、350メツシユ
の篩を通過する粒度とした。ガラス中のアルカリ
の存在は半導体の特性を著しく損なうので、原料
中の不純物として、また溶融、粉砕等の工程中で
アルカリが混入しないように十分注意しなければ
ならない。 半導体素子への被覆、封着に当つては、前記の
ガラス粉末を純水と混合し、スラリー状として通
常の塗布法により、あるいは有機溶媒に分散させ
て電気泳動法により半導体素子表面に塗布する。
次いで、被覆した半導体素子を乾燥後電気焼成炉
において630〜730℃で５〜10分間加熱して封着す
る。 以上、説明した本発明の被覆用ガラスは、特に
設計耐圧が1500〜2000Vの高耐圧のシリコン半導
体素子の被覆に適しており、この高耐圧の半導体
素子に被覆した際には逆耐圧が高く、逆洩れ電流
が極めて小さく、ハードブレークダウンの破形を
示す優れた特性を具備する高信頼性半導体装置を
得ることができる。
第１図は、本発明被覆用ガラスのRhO添加量
と半導体素子表面に誘起される表面電荷密度との
関係を示し、第２図は、ZnO−B2O3−SiO2系ガ
ラスおよびそのガラスにRhOを添加したガラス
により被覆したシリコン半導体素子の耐圧分布を
示している。
と半導体素子表面に誘起される表面電荷密度との
関係を示し、第２図は、ZnO−B2O3−SiO2系ガ
ラスおよびそのガラスにRhOを添加したガラス
により被覆したシリコン半導体素子の耐圧分布を
示している。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 重量％で、ZnO 45〜75％、B2O3 15〜35
％、SiO2 ２〜20％、PbO ０〜5.5％、Bi2O3 ０
〜２％、Sb2O3 ０〜１％、CeO2 ０〜３％、
Al2O3 ０〜3.5％からなるガラスに、RhOを
0.0001〜0.01重量％（１〜100PPM）含有してな
る被覆用ガラス。 ２ 重量％で、ZnO 45〜75％、B2O3 15〜35
％、SiO2 ２〜20％、PbO ０〜5.5％、Bi2O3 ０
〜２％、Sb2O3 ０〜１％、CeO2 ０〜３％、
Al2O3 ０〜3.5％からなるガラスに、RhOを
0.0001〜0.01重量％（１〜100PPM）含有してな
る被覆用ガラスにより、半導体素子の表面を被覆
した半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13179581A JPS5836946A (ja) | 1981-08-22 | 1981-08-22 | 被覆用ガラスおよびそのガラスを被覆してなる半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13179581A JPS5836946A (ja) | 1981-08-22 | 1981-08-22 | 被覆用ガラスおよびそのガラスを被覆してなる半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5836946A JPS5836946A (ja) | 1983-03-04 |
| JPS6124343B2 true JPS6124343B2 (ja) | 1986-06-10 |
Family
ID=15066299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13179581A Granted JPS5836946A (ja) | 1981-08-22 | 1981-08-22 | 被覆用ガラスおよびそのガラスを被覆してなる半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5836946A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS591426A (ja) * | 1982-06-28 | 1984-01-06 | Yoshito Kubota | さるのこしかけ製剤 |
-
1981
- 1981-08-22 JP JP13179581A patent/JPS5836946A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5836946A (ja) | 1983-03-04 |
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